d1.Docker 介绍和基础操作

1. Docker 介绍

容器是一种 IT 技术。容器其实是一种沙盒技术。顾名思义，沙盒就是能够像一个集装 箱一样，把你的应用装起来。这样，应用与应用之间就有了边界而不会相互干扰;同时装在沙盒里面的应 用，也可以很方便的被搬来搬去，这也是 PaaS 想要的最理想的状态(可移植性,标准化,隔离性)。

容器是软件工业上的集装箱的技术，集装箱的标准化，减少了包装成本，大大提高货物运输和装卸效 率，是传统运输行业的重大变革。早期的软件项目中软件更新，发布低效，开发测试发布周期很长，很 难敏捷。有了容器技术，就可以利用其标准化的特点，大幅提高生产效率。

容器技术是虚拟化、云计算、大数据之后的一门新兴的并且是炙手可热的新技术， 容器技术提高了硬件 资源利用率、 方便了企业的业务快速横向扩容（可以达到秒级快速扩容）、 实现了业务宕机自愈功能 （配合K8S可以实现，但OpenStack无此功能），因此未来数年会是一个容器愈发流行的时代 ，这是 一 个对于 IT 行业来说非常有影响和价值的技术，而对于IT行业的从业者来说， 熟练掌握容器技术无疑是一 个很有前景的行业工作机会。

Docker （码头工人）是一个开源项目，诞生于 2013 年初，最初是 dotCloud 公司（后由于 Docker 开 源后大受欢迎就将公司改名为 Docker Inc ，总部位于美国加州的旧金山）内部的一个开源的 PAAS 服务 (Platform as a ServiceService )的业余项目。它基于 Google 公司推出的 Go 语言实现。 项目后来加入 了 Linux 基金会，遵从了 Apache 2.0 协议，项目代码在 GitHub 上进行维护。

Docker 是基于 Linux 内核实现，Docker 最早采用 LXC 技术 ，LXC 是 Linux 原生支持的容器技术 ，可 以提供轻量级的虚拟化 ，可以说 docker 就是基于 LXC 发展起来 的，提供 LXC 的高级封装，标准的配 置方法，在LXC的基础之上，docker提供了一系列更强大的功能。而虚拟化技术 KVM(KernelKernelbased Virtual Machine Machine) 基于 模块实现， 后来Docker 改为自己研发并开源的 runc 技术运行 容器，彻底抛弃了LXC。

Docker 相比虚拟机的交付速度更快，资源消耗更低，Docker 采用客户端/服务端架构，使用远程API来 管理和创建容器，其可以轻松的创建一个轻量级的、可移植的、自给自足的容器，docker 的三大理念是 build(构建)、ship(运输)、 run(运行)，Docker遵从apache 2.0协议，并通过（namespace及cgroup 等）来提供容器的资源隔离与安全保障等，所以Docke容器在运行时不需要类似虚拟机（空运行的虚拟 机占用物理机6-8%性能）的额外资源开销，因此可以大幅提高资源利用率,总而言之Docker是一种用了新颖方式实现的轻量级虚拟机.类似于VM但是在原理和应用上和VM的差别还是很大的，并且docker的专 业叫法是应用容器(Application Container)。

1.1 Docker 的主要目标

Build, Ship and Run Any App, Anywhere，即通过对应用组件的封装（Packaging）、分发 （Distribution）、部署（Deployment）、运行（Runtime）等生命周期的管理，达到应用组件级别的 “一次封装，到处运行”。这里的应用组件，既可以是一个Web应用，也可以是一套数据库服务，甚至是 一个操作系统。将应用运行在Docker 容器上，可以实现跨平台，跨服务器，只需一次配置准备好相关的 应用环境，即可实现到处运行，保证研发和生产环境的一致性，解决了应用和运行环境的兼容性问题， 从而极大提升了部署效率，减少故障的可能性

1.2 使用Docker 容器化封装应用程序的意义

• 统一基础设施环境-docker环境

  • 硬件的组成配置
  • 操作系统的版本
  • 运行时环境的异构

• 统一程序打包（装箱）方式-docker镜像

  • java程序
  • python程序
  • nodejs程序

• 统一程序部署（运行）方式-docker容器
  • java-jar…→ docker run…
  • python manage.py runserver… → docker run…
  • npm run dev … → docker run…

1.3 容器和虚拟机技术比较

• 传统虚拟机是虚拟出一个主机硬件,并且运行一个完整的操作系统 ,然后在这个系统上安装和运行软 件
• 容器内的应用直接运行在宿主机的内核之上,容器并没有自己的内核,也不需要虚拟硬件,相当轻量化
• 每个容器间是互相隔离,每个容器内都有一个属于自己的独立文件系统,独立的进程空间,网络空间,用 户空间等,所以在同一个宿主机上的多个容器之间彼此不会相互影响

1.4 容器和虚拟机表现比较

• 资源利用率更高: 开销更小,不需要启动单独的虚拟机OS内核占用硬件资源,可以将服务器性能压榨 至极致.虚拟机一般会有5-20%的损耗,容器运行基本无损耗,所以生产中一台物理机只能运行数十个 虚拟机，但是一般可以运行数百个容器
• 启动速度更快: 可以在数秒内完成启动
• 占用空间更小: 容器一般占用的磁盘空间以MB为单位,而虚拟机以GB
• 集成性更好: 和 CI/CD（持续集成/持续部署）相关技术结合性更好，实现打包镜像发布测试可以一 键运行,做到自动化并快速的部署管理,实现高效的开发生命周期

使用虚拟机是为了更好的实现服务运行环境隔离，每个虚拟机都有独立的内核，虚拟化可以实现不同操 作系统的虚拟机，但是通常一个虚拟机只运行一个服务，很明显资源利用率比较低且造成不必要的性能 损耗，我们创建虚拟机的目的是为了运行应用程序，比如Nginx、PHP、Tomcat等web程序，使用虚拟 机无疑带来了一些不必要的资源开销，但是容器技术则基于减少中间运行环节带来较大的性能提升。

根据实验，一个运行着CentOS的KVM虚拟机启动后，在不做优化的情况下，虚拟机自己就需要占用 100~200 MB内存。此外，用户应用运行在虚拟机里面，它对宿主机操作系统的调用就不可避免地要经 过虚拟化软件的拦截和处理，这本身又是一层性能损耗，尤其对计算资源、网络和磁盘I/O的损耗非常 大。

比如: 一台96G内存的物理服务器，为了运行java程序的虚拟机一般需要分配8G内存/4核的资源，只能 运行13台左右虚拟机，但是改为在docker容器上运行Java程序,每个容器只需要分配4G内存即可，同样 的物理服务器就可以运行25个左右容器，运行数量相当于提高一倍，可以大幅节省IT支出，通常情况下 至少可节约一半以上的物理设备

1.5 Docker 的组成

• Docker 主机(Host): 一个物理机或虚拟机，用于运行Docker服务进程和容器，也称为宿主机， node节点
• Docker 服务端(Server): Docker守护进程，运行docker容器
• Docker 客户端(Client): 客户端使用 docker 命令或其他工具调用docker API Docker 镜像(Images): 镜像可以理解为创建实例使用的模板,本质上就是一些程序文件的集合
• Docker 仓库(Registry): 保存镜像的仓库，官方仓库: https://hub.docker.com/，可以搭建私有仓库 harbor
• Docker 容器(Container): 容器是从镜像生成对外提供服务的一个或一组服务,其本质就是将镜像中 的程序启动后生成的进程